DE102019005649A1

DE102019005649A1 - Modulare Strassenbahn

Info

Publication number: DE102019005649A1
Application number: DE102019005649.3A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-08-12
Filing date: 2019-08-12
Publication date: 2021-02-18

Abstract

Ein Mobilitätssystem für Innenstädte, in dem fahrerlose Fahrzeuge auf virtuellen Schienen fahren, die auf der Fahrbahn aufgebracht sind und die Fahrzeuge aus einzelnen Modulen bestehen, die selbst fahrfähig sind so dass der Verbund dieser Module wie eine große Straßenbahn fahren kann, jedoch ohne an Haltestellen stoppen zu müssen, weil stattdessen die Module einzeln aus dem Verbund ausscheren und auf einer Standspur Passagiere wechseln während die Gesamtformation weiterfährt.

Description

Die Innenstadtmobilität ist in praktisch allen Städten weltweit mit steigender Tendenz problematisch, wegen der nicht ohne extrem hohe Kosten und hohem Aufwand erweiterbaren Verkehrsflächen. Autonom fahrende Fahrzeuge lösen diese Probleme nicht, wenn deren Verkehrsleistung in Personenkilometer pro Stunde auf den vorhandenen Verkehrsflächen nicht durch weitere Veränderungen über den autonomen Betrieb hinaus erheblich erhöht werden kann.
Hautproblemverursacher ist dabei immer der MIV, der motorisierte Individualverkehr wie PKW, Taxi und Lieferfahrzeuge. Demgegenüber steht der ÖPNV mit dem Betrieb von Bussen, Straßenbahnen (Tram) und U-bahnen, mit sehr guter Verkehrsleistung in Stoßzeiten, jedoch geringer Effizienz in Schwachlastzeiten und mit geringem Transportkomfort - keine Privatsphäre während der Fahrt, keine freien Wahl von Startort, Startzeit und Destination. Die Folge davon ist, dass ein großer Teil der mobilen Personen weiterhin beim MIV bleibt und damit die Straßen weiter im Stau verstopft bleiben.
Ein wesentliches Problem der Tram liegt im Zielkonflikt bei der Festlegung der Abstände zwischen den Haltestellen. Ein großer Abstand ermöglicht schnelle Fahrt mit wenigen Stopps und damit eine hohe Durchschnittsgeschwindigkeit, führt aber zu langen Fußwegen für die Passagiere vom Startort bis zur nächsten Haltestelle und danach von der letzten Haltestelle bis zum endgültigen Ziel. Ein geringer Abstand führt zu häufigen Stopps und niedriger mittlerer Geschwindigkeit, langer Reisezeit und schlechtem Komfort.
Außerdem sind die Kosten für eine neue Tramlinie recht hoch mit 10- 20 Millionen € /km, da Schienen und Weichen mit hohen Anforderungen an den Unterbau wegen hoher Lasten installiert werden müssen, dazu Haltestellen und eine Oberleitung mit hohen elektrischen Spannungen und damit entsprechend aufwendiger Sicherheitstechnik. Hinzu kommen Rückstellungen für einen Rückbau oder Verlegung bei Bedarfsänderungen z.B. verursacht durch Erschließung von neuen Wohngebieten oder die Schaffung neuer Verkehrsknoten wegen neuer Schwerpunkte wie Supermärkte, Stadien, Messezentren, Schulen oder Freizeitanlagen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neuartiges Tram System, das die beschriebenen Schwächen weitgehend vollständig löst, in dem statt starrer Schienen nur virtuelle Schienen installiert werden, die auf dem Straßenbelag aufgemalt werden und mit denen zwei Ziele erreicht werden können:

1) Die Fahrzeuge können an diesen Schienen entlang präzise geführt werden durch einfache optische, induktive oder magnetische Erfassung der Position (letzteres wenn der Lack mit entsprechenden Zusätzen wir Metallpulver oder Niederspannungsleitungen versetzt ist)
2) Die übrigen Verkehrsteilnehmer erkennen an den Schienen die weitere Route der Fahrzeuge und können sich entsprechend verhalten, in dem sie von den Schienenbereichen fern bleiben und nur beim Überqueren auf evtl. heranfahrende Bahnen achten müssen (subjektives Sicherheitsgefühl im Verkehrsraum)

Damit werden zunächst die Installationskosten für eine neue Tram Linie erheblich reduziert. Außerdem fahren die Fahrzeuge auf Gummireifen, so dass normale Bremswege wie bei PKW erreicht werden, wohingegen auf realen Schienen Bremswege prinzipbedingt um 300% höher ausfallen.
Weiterhin wird der Zielkonflikt der Haltestellendistanz dadurch gelöst, dass die Fahrzeuge, die auf dieser Spur fahren, keinen geschlossenen Passagierraum aufweisen, sondern aus einzelnen Fahrzeugmodulen bestehen mit folgenden Merkmalen:

• Auslegung für nur 2 Passagiere (führt zu perfekter Privatsphäre während der Fahrt)
• Schmaler Aufbau von nur 1 Meter Breite, so dass in einer Fahrspur eines dieser Module parken kann, um Passagiere zu wechseln oder die Batterie zu laden oder Pakete zur Abholung bereit zu stellen
• Einzelne Antriebs-, Fahr- , Steuerungs-, und Bremssysteme in jedem Modul
• Regelung für autonomes Fahren entlang der markierten Routen in Flotten-, Platooningformation inkl. Ein- und Ausspuren auf die Wartespur
• In einer bevorzugten Ausführung Kurvenneigetechnik
• Passagierplätze gegenüber
• Gummluftreifen für normale Bremswege wie PKW und für geräuschlosen Betrieb

Zur optimalen Auswirkung auf den Verkehrsfluss werden ringförmig konzentrische Strecken oder parallele Strecken je nach Geometrie der jeweiligen Stadt als Tram-Lines ausgeführt, wobei je nach Breite der vorhandenen Straßen parallel dazu auch MIV Fahrzeuge zugelassen werden oder nicht.
In einer beispielhaften Ausführung in der Straßen matrixförmig in parallel geführten Hauptachsen in Abständen von z.B. 200m verlaufen und durch i.d.R schmalere Querstraßen verbunden sind, wäre eine Ausführung so zu wählen, dass jede 2te Hauptachse für den MIV gesperrt und für die Tram Lines reserviert werden. Der längste Weg zur nächsten Tram wäre dann für den Passagier 200 m, wenn er an einer der MIV Achsen startet um bis zur der Achse zu gehen, die für die nächste Tram Line reserviert ist. Dort würde er ein der Standspur wartendes Modul betreten oder - falls keines in der Nähe ist - eines herbeirufen per APP oder ein leeres, das vorbei fährt per Gestensteuerung anhalten. Wege entlang der Tram Line bis zur nächsten Haltestelle entfallen, da an jeder Stelle die Module ausspuren und halten können.
Bei Erreichen des nächsten Punktes der Tram Line relativ zur finalen Destination stoppt der Passagier das Modul per Sprachbefehl oder per APP, so dass es automatisch ausspurt und anhält und den Passagier entlässt. Im ungünstigsten Fall würde der Passagier nun nochmals 200 Meter laufen zu seinem Ziel.
Beispielhaft zeigt eine Abschätzung für NewYork / Manhatten, dass die Umstellung jeder zweiten Avenue (Abstand der Avenues in NYC ist 160m - 240 m) auf eine erfindungsgemäße Tram Line als längsten Fußweg nur 240 Meter aufweisen würde und den MIV Verkehr aber weiter zulassen könnte auf jeder 2ten Avenue.
Die Fahrzeugmodule werden in enger Formation hintereinander automatisch im Platooning geführt und bilden zusammen eine Tram aus einzelnen Kabinen, die aber jederzeit wieder getrennt werden können. Ein solcher Zug würde aus der Sicht jedes einzelnen Moduls ohne Zwischenstopp von der räumlich nächstliegenden Starthaltestelle bis zur räumlich nächstliegenden Zielhaltestelle fahren in perfekter Privatsphäre für eine einzelne oder max. 2 Personen in gegen-übersitzender Position. Eine vorzugsweise installierte Kurvenneigetechnik würde maximalen Komfort und größtmögliche fahrdynamische Sicherheit gewährleisten.
Wegen der virtuellen als Linien auf der Strecke erkennbaren Schienen können andere Verkehrsteilnehmer (Fußgänger oder Radfahrer oder PKW) schnell und sicher erkennen, wo sie die Vorfahrtsansprüche der Tram beachten müssen und wo sie keiner Gefährdung ausgesetzt sind.
Die so definierte Tram könnte mit einfachen Algorithmen sicher autonom geführt werden, da die kritischen Situationen wie Spurwechsel der Tram oder anderer Verkehrsteilnehmer, Abbiegevorgänge, parkende Fahrzeuge auf dem Weg etc. nicht vorkommen, weil die Tram nach den bekannten und seit über 100 Jahren bewährten Vorfahrtsregeln für Straßenbahnen betrieben werden kann.
Einzige Situation, in der Mischverkehr kritisch werden kann, sind die Kreuzungen der Hauptachsen mit den Querstraßen, die

1) mit Ampeln bestückt werden können, wobei vorzugsweise die Rotlichtintervalle mit dem Tramverkehr synchronisiert werden (wie schon auf vielen herkömmlichen Tramlinien)
2) eine generelle Vorfahrtsregelung für die Tram vorsehen sollten (wie ebenfalls auf vielen herkömmlichen Tramlinien)

Bei extrem geringen Investitionskosten und praktisch ohne Eingriff in das Stadtbild wird so die Verkehrsleistung auf dem vorhandenen Straßennetz um ein vielfaches erhöht, Emissionen und Staus abgeschafft und Unfallrisiken reduziert. Die hohe Flexibilität des Systems erlaubt dabei eine sukzessive Umstellung mit zunächst nur einer Hauptachse als Tram Line bis zum vollständigen Ausbau mit vollständigem Zufahrtsverbot für den MIV. Spätestens in dieser Ausbaustufe können dann die einzelnen Module auch in die Querstraßen weiterfahren und so einen Tür-zu-Tür- Service für Passagiere und Liefergüter ermöglichen.
Ein selbstlernender Algortihmus ermöglicht eine optimale Verteilung der wartenden Module entlang der Tram Line, d.h. wenn mehrere Passagiere an einer ansonsten eher weniger frequentierten Stelle aussteigen, warten diese Module nicht an dieser Stellen auf neuen Nachfrage sondern fahren zu Ladestationen oder zu Stellen höherer Nachfrage.
In den häufig vorkommenden Städten Europas mit ringförmig angelegten Straßennetzen werden diese im Wesentlichen konzentrischen Ringe an Stelle der Hauptachsen zur Tram Line umgebaut.
Der Wechsel von der Fahrspur auf die Standspur wird ausgeführt über optimierte Algorithmen mit virtuellen Softweichen, die sowohl ebenfalls als Markierung sichtbar gemacht werden oder auch nur über eine On Board Regelung jedes einzelnen Moduls gesteuert werden können.
Bei Annäherung an eine Kreuzung mit Ampel reagiert jedes Modul separat auf evtl. Rotlichtsignale, d.h. in entsprechenden Situationen löst sich der Verbund auf und ein Teil der Tram fährt weiter über die Kreuzung und ein anderer Teil dahinter bleibt stehen.
Die Abstände zwischen den Modulen im Platooningbetrieb werden analytisch, per Simulation oder durch selbstlernende Algorithmen so optimiert, dass Sicherheit, Komfort und Effizienz maximiert werden.
Da alle Module von gleicher Bauart in Hinsicht auf fahrdynamische Parameter gefertigt sind, sind auch minimale Abstände zwischen den Modulen im Platooningbetrieb möglich. Die erreichbare Streckennutzung kann damit deutlich höher ausfallen als bei herkömmlichen schienengebundenen Straßenbahnen.
In einer besonderen Ausführung werden die einzelnen Module über eine trichterförmige Kupplung vorne und hinten auch mechanisch verbunden. In dieser Variante sind die trichterförmigen Kupplungen als induktive Ladeverbindungen ausgeführt, so dass während der Fahrt Batterien untereinander aufgeladen werden können.
Bei besonders hohem Auslastungsgrad bei dem evtl. kaum genügend Zeit verbleibt, in der die Module sich während der Wartezeit auf der Standspur nicht lange genug aufladen können, wird dann in den geschlossenen Zug der verbundenen Module ein Batteriemodule eingeschleust, das selbst keine Passagiere aufnimmt und nur Batterien an Bord hat zur weiteren Verteilung der elektrischen Energie.

1 zeigt die erfindungsgemäße Tram Line als Strecke 200 mit den Standspuren 201 und 204 sowie der Fahrspur 203 in Blickrichtung nach links führend und der Fahrspur 204 nach rechts führend sowie den Fahrzeugmodulen 100 mit der geringen Gesamtbreite von ca. 1m, so dass die Gesamtbreite der Fahrbahn weniger als 5 Meter für zwei entgegengesetzt gerichtete Fahrspuren und zwei Standspuren beträgt.
2 zeigt die Tram Linie mit den auf der Standspur wartenden Modulen 101, den im enger Formation in Blickrichtung nach rechts oben fahrenden 6 Modulen 102 sowie dem entgegenkommenden einzelnen Modul 103. Die Standspur 204 ist auf dieser Skizze leer.
3 zeigt eine Draufsicht der Tram Linie mit den gleichen Spuren und Modulen wie in 1 uns 2
4 zeigt ein einzelnes Modul 100 mit den vier Rädern 110 und verdeutlicht die Geometrie mit schmaler Spur und hohem Aufbau für die hier nicht dargestellten Passagiere in gegenüber sitzender Position.

Claims

Modulares Mobilitätssystem bestehend aus einer Fahrstrecke mit virtuellen Schienen und einem Fahrzeug, das sich aus einzelnen Modulen zusammensetzt, dadurch gekennzeichnet, dass diese Module über eigene Antriebe und Steuerungen so verfügen, dass sie sowohl einzeln und/oder auch in enger Formation und/oder in mechanisch gekuppelter Form als Block betrieben werden.
Modulares Mobilitätssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die virtuellen Schienen von aussen erkennbar auf der Fahrbahnoberfläche angebracht sind, so dass andere Verkehrsteilnehmer die Bewegungsrichtung der Fahrzeuge erkennen können.
Modulares Mobilitätssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeuge autonom durch Orientierung an den aufgemalten Streckenführungen geführt werden.
Modulares Mobilitätssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungen auch Partikel (wie z.B. Metallpulver) enthalten, so dass auch bei Überdeckung der Linien die Routenführung über Erkennungssysteme (wie z.B. Magnetkopplungen) funktioniert.
Modulares Mobilitätssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Module schmal ausgeführt sind mit nur 0,8 Meter Breite, hilfsweise 1,2 Meter Breite.
Modulares Mobilitätssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Passagiere in den Modulen gegenüber sitzen.
Modulares Mobilitätssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Module sich in Kurven automatisch neigen, so dass Seitenkräfte reduziert werden.
Modulares Mobilitätssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrbahnen in jeder Richtung jeweils eine Fahr- und eine Standspur aufweisen.
Modulares Mobilitätssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden entgegen gerichteten Fahrspuren durch eine Leitplanke getrennt sind, so dass Kollisionen auch bei einer Fehlsteuerung vermieden werden.
Modulares Mobilitätssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Module trichterförmige Lade- und Kupplungselemente vorne und hinten aufweisen.
Modulares Mobilitätssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine interaktive Regelung zwischen den Modulen das Ein- und Ausspuren regelt.
Modulares Mobilitätssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Module über eine Gestensteuerung gerufen werden können.
Modulares Mobilitätssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Module über eine APP gerufen werden können.
Modulares Mobilitätssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Module über eine Sprachsteuerung gerufen und gestoppt werden können.
Modulares Mobilitätssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Module aus der Tram Line ausspuren und separat mit den gleichen oder anderen Führungs- und Kollisionsvermeidungssystemen weiter fahren können zu anderen Gebieten.
Modulares Mobilitätssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Module nicht nur Personen sondern auch Lieferungen befördern können und/oder als rollende Paketstation auf den Haltespuren warten können, dass die Lieferungen abgeholt werden.
Modulares Mobilitätssystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die einzelnen Module als auch der Gesamtverbund sowohl vorwärts als auch rückwärts fahren kann und somit Wendemanöver entfallen können.